90 omwentelingen per minuut

Gepubliceerd op 08 oktober 2014 16:24, bijgewerkt op 08 oktober 2014 16:35 (2349 keer bekeken) 10

In de LML (Ligfiets Mailing List) stond een interessant onderwerp in voor alle liggers: het hoe en waarom van de 'hoge' trapfrequentie/cadans. Kort: het voorkomen van knieblessures

Ik, uw redacteur, is een diesel wat betreft fietsen. Ik trap graag traag rond met een toch relatieve hoge fietssnelheid. Dat doe ik mijn hele leven al, op voornamelijk de bukker.
Enkele jaren geleden werd ik overvallen door een hevige interesse voor ligfietsen, meer bepaald de velomobiel. Bij het inlezen van alle (!) verkrijgbare informatie over ligfietsen, velomobielen dus, kwam ik tegen dat je als ligfietser (en niet alleen die) beter een hogere trapsnelheid kan aanhouden met het oog op het heel houden van je knieën.
Ik heb het wel ergens genoteerd in mijn hoofd, maar er was veel meer interessante leeskost. Wel heb ik geëxperimenteerd met hogere trapfrequentie, maar ik verviel al weer gauw in mijn oude gewoonte: de diesel eentakter. Tot nu toe hebben mijn kniegewrichten er niet echt onder geleden, tenminste niet voelbaar!
Wel heb ik in mijn velomobielen een hogere trapfrequentie aangehouden, dus er is blijkbaar iets tot mij doorgedrongen…

Ja, mechanisch kan ik het verklaren, dat je minder kracht hoeft te zetten bij een hogere trapfrequentie, dan de, hogere, kracht die nodig is bij een lagere trapfrequentie, bij gelijkblijvende (fiets-)snelheid. Maar ja, het fietst zo lekker (voor mij dan).

En dan kom ik het volgende tegen: als je als (buk-)fietser teveel kracht zet, kom je uit het zadel. Je kan nooit meer kracht zetten (op je knieën) dan je eigen gewicht.
Het volgende zet mij in de alarmstand: bij een ligfietser kan, doordat je je tegen het zitje kan afzetten, wél meer kracht op de knieën zetten. Met andere woorden: met een ligfiets kan je je knieën aan gort rijden.

Nu moet ik zeggen dat ik al die jaren in mijn velomobiel(-en) nooit last van mijn knieën heb gehad. Ik heb sinds twee maanden een open ligger, en ik voel ze soms. Het zou kunnen dat daar iets verkeerd ingesteld staat. Maar drie verschillende velomobielen heeft dit fenomeen nog nooit veroorzaakt (en ik verstel nauwelijks iets aan mijn zitpositie: kopen, instellen en rijden maar).
Dit in totale tegenstelling tot mijn, tweedehands, open ligger. Deze was ingesteld voor een veel kleiner persoon.
De cranklengte is voor mij, in de velomobiel, altijd 155 mm geweest (mij aanbevolen en zo gelaten): een relatief korte crank.

Het is altijd verstandig om bij grotere weerstand, helling of tegenwind, terug te schakelen. Maar ja, welke trapfrequentie (omwentelingen per minuut òf revolutions per minute - rpm) het beste is?

Technische deel:

Vermogen = kracht × snelheid, en in het geval van trappers, die ronddraaien, geldt:

Vermogen = Moment × Hoeksnelheid

en bij fietsen geldt: Moment = trapkracht × cranklengte

waarbij de: Hoeksnelheid = 2 × pi / (tijd per omwenteling)

Dit geeft:
Vermogen = (trapkracht × cranklengte) × (2 × pi / (tijd per omwenteling))

Even werken met de twee uitersten:
Als het traptempo 0 is, wordt er geen vermogen geleverd.
Als het traptempo maximaal is, wordt er geen vermogen geleverd omdat er dan geen kracht kan worden uitgeoefend en het moment daardoor dus ook 0 is.
Ergens tussen 0 traptempo en maximaal traptempo ligt een optimum, waarbij het grootste vermogen wordt geleverd (dan fiets je het snelst bij de minste inspanning).
Het (duur-)vermogen van een fietser is het grootst bij een traptempo tussen de 90 - 110 rpm. En die omwentelingssnelheid is per persoon afhankelijk, maar ligt globaal tussen die waarden bij vlot doorrijden (bij sprinten ligt het maximum vermogen bij 130-140 rpm).

Uit de praktijk blijkt dat bij een traptempo van minimaal 90 rpm (of nog liever: 100 rpm) de ligfietsers over het algemeen geen last van hun knieën krijgen, en dat komt goed uit: 90 - 110 rpm is toevallig óók het traptempo waarmee je het meeste vermogen haalt en dus het snelst kan fietsen.
(Niet alleen fietsers fietsen optimaal rond 90 rpm, ook hardlopers lopen 90 stappen per minuut of 180 passen per minuut. Er is veel hardloop muziek te vinden met 180 bpm - beats per minute - voor hardlopen.)

Voor meer info, zie het boek Productergonomie deel 2a van Brecht Daams, paragraaf 5.4 Kracht en meer specifiek paragraaf 5.4.2 Moment, vermogen en efficiëntie.

Cranklengte:
Wat is de beste cranklengte?
De maximale kracht die je kan zetten is afhankelijk van de lengte van de spieren, dus in een bepaalde houding (waarbij de grootste spieren een optimale lengte hebben) kan je de meeste kracht zetten (Een ontspannen spier in 'rustlengte' kan optimaal kracht uitoefenen. Een samengetrokken spier en een uitgerekte spier kunnen beiden minder kracht uitoefenen). Bij een te korte of te lange crank komen je spieren niet in dat optimale gebied en kan je dus geen optimaal vermogen leveren. Bij een te lange crank is er eerder kans op knieproblemen omdat de knie dan belast wordt bij grotere buiging. Voor een crank die korter is dan efficiënt zou zijn, kan je kiezen als je de knie wilt ontzien (bijvoorbeeld bij knieproblemen) of als dat in het ontwerp van de fiets de efficiëntie groter maakt (bij een gestroomlijnde fiets: voor een minder hoog voorfront, wat resulteert in betere aerodynamica). De standaard 175 mm voor een crank zou goed zijn voor de gemiddelde binnenbeenlengte.
Maar, een onderzoek van James C. Martin geeft aan dat een cranklengte van 145 tot 195 mm weinig invloed heeft op het maximaal te leveren vermogen (1,9 % over dit bereik).
Met andere woorden: kies voor je knieën, neem de korte crank. Je racet niet (over het algemeen).

Voor open ligfietsen bestaat het idee dat kortere cranks een positief effect heeft op de CwA waarde (luchtweerstandscoëfficiënt / wrijvingskracht door luchtverplaatsing) omdat bij kortere cranks minder lucht wordt verstoord.

Het verschil tussen een 175 en 155 mm crank is de omwentelingssnelheid (bij gelijk geleverd vermogen):

uitgaande van 90 rpm bij een 175 mm crank, moet je bij een 155 mm crank meer omwentelingen maken: (90 × 175) / 155 = 102 rpm (voordeeltje met die kortere cracks, zoals al is gemeld: nog minder kans op overbelasting van knieën. Ook hoef je, met kortere cranks, je knieën minder te buigen).

In de praktijk:

Als je voor het eerst dat soort traptempo uitprobeert, voelt het onwennig aan, het lijkt het of je in het luchtledige trapt (lucht staat te kloppen). Maar het schijnt te wennen!
Omdat mijn open ligger met een niet werkende fietscomputer was uitgerust, heb ik een snelheidsmeter mét een trapfrequentiemeter aangeschaft. Nu alleen nog gaan wennen aan dat traptempo. Ook kan je naar muziek, met 90 bpm, op je mp3-speler/smartphone luisteren (misschien dat 180 bpm makkelijker is, dat is het tempo van een halve slag, bijvoorbeeld: Michael Jackson - They Don't Care About Us, Led Zeppelin - Rock and Roll, óf Queen - Don't Stop me Now).

Brecht maakt nog een aanbeveling: ook bij het wegrijden: trek vanuit stilstand altijd langzaam op en doe dat in een lage versnelling (hogere trapfrequentie). Let hier vooral op als je met volle bepakking fietst.
Maarten meldt: bij het versnellen, even terugschakelen.

Nou gaat er een mare door het land dat ovale tandbladen nog gunstiger uitpakken voor je knieën…
Het trapt lichter, het dode punt, zoals bij ronde tandbladen, zou ontbreken (en dat voel je bij 90 rpm?). Er zijn al vele positieve ervaringen, en eigenlijk, nog, geen negatieve.

Met dank aan Brecht Daams en Hans Wessels voor het technische gedeelte, en opmerkingen. Plus Pepijn voor het aanzwengelen van deze discussie, en de anderen voor hun bijdrage.

Redactie

Reacties (10)